CN201576371U

CN201576371U - 一种基于广域网的远程控制教学实训系统

Info

Publication number: CN201576371U
Application number: CN2009202975424U
Authority: CN
Inventors: 靳斌
Original assignee: Xihua University
Current assignee: Xihua University
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2019-12-23

Abstract

本实用新型提供一种基于广域网的远程控制教学实训系统，包括测控仪表、通讯前置机和当地后台机，该测控仪表通过当地现场总线与通讯前置机相连，当地后台机通过局域网和通讯前置机相连；该系统还包括广域网服务器和手机终端，其中手机终端通过广域网服务器和通讯前置机通信，通讯前置机为测控仪表、当地后台机和广域网服务器之间的数据中转站。本实用新型相对于现有技术，由于包括当地现场总线、局域网和广域网三层网络结构，可以实现多个监控终端，如手机、广域网服务器、当地后台机对测控仪表的监视控制。这样，学生在本系统上实训，不仅在测控仪表、通讯前置机上进行硬件、软件实验，还可以在当地后台机、广域网服务器和手机等硬件上做软件设计，设计出完整的广域网测控系统。

Description

一种基于广域网的远程控制教学实训系统

技术领域

本实用新型涉及一种应用在测控、信息、机电一体化、工业自动化等专业有关弱电系统的远程控制教学实训系统，特别涉及一种基于广域网的远程控制教学实训系统。

背景技术

目前，工业控制系统已经由分布式控制系统向现场总线控制系统转化。由于工业控制系统本身有广域化的特征(范围大于1200米)，并随着GPRS、CDMA、3G网络及手机的普及，工业控制系统逐渐进入广域控制系统阶段。而在对测控、信息等专业学生的教学实训方面，虽已有现场总线的实训系统，但还缺乏广域网的实训系统，造成学生教学实训的不便。

如中国专利CN2758901Y公开了一种“新型微机原理与CAN总线教学实验装置”，即为一种基于现场总线的教学实验装置，该装置虽然实现了现场总线通信，但未实现广域网通信。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种能实现广域网通信的远程控制教学实训系统。

本实用新型基于广域网的远程控制教学实训系统，包括测控仪表、通讯前置机和当地后台机，该测控仪表通过当地现场总线与通讯前置机相连，当地后台机通过局域网和通讯前置机相连；该系统还包括广域网服务器和手机终端，其中手机终端通过广域网服务器和通讯前置机通信，通讯前置机为测控仪表、当地后台机和广域网服务器之间的数据中转站。其中，该手机终端可以为智能手机。

该手机终端以广域网服务器为中转，通过GPRS网络、CDMA网络或3G网络与通讯前置机实现数据交换，以达到对各个测控仪表进行监视控制的目的，该手机终端可以以短信或TCP/IP数据流的方式与通讯前置机实现数据交换。

另外，测控仪表包括CPU单元，该CPU单元可以为51单元、80X86处理器单元或ARM7处理器单元。当测控仪表的CPU单元为51单元时，可以烧入用户程序，或烧入MON51监控程序，在KEIL C平台实现在线硬仿真；当测控仪表的CPU单元为80X86处理器单元时，上位机的仿真软件为Boland C++。

本实用新型相对于现有技术，由于包括当地现场总线、局域网和广域网三层网络结构，可以实现多个监控终端对测控仪表的监视控制。如手机终端可以以广域网服务器为中转，通过GPRS/CDMA/3G网络和通讯前置机的数据交换实现对各个测控仪表的监视控制；广域网服务器可以和通讯前置机通信，并通过通讯前置机监控各个测控仪表；而当地后台机也可以通过通讯前置机监控各个测控仪表。这样，学生在本系统上实训，不仅在测控仪表、通讯前置机上进行硬件、软件实验，还可以在当地后台机、广域网服务器和手机等硬件上做软件设计，设计出完整的广域网测控系统，是一个全方位的实训平台，有别于一般的实验箱或者实训系统。

附图说明

图1为本实用新型基于广域网的远程控制教学实训系统结构图

图2为本实用新型中测控仪表的功能结构图

图3为本实用新型中温控试验的接线图

图4为本实用新型中运动控制试验的接线图

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，为本实用新型基于广域网的远程控制教学实训系统结构图。该系统包括测控仪表，测控仪表应用于测控对象，测控仪表和测控对象可为一个或多个。该系统还包括通讯前置机、当地后台机、广域网服务器和手机终端。其中测控仪表通过当地现场总线与通讯前置机相连；通讯前置机通过局域网和当地后台机相连接；手机终端、广域网服务器和通讯前置机通过广域网相连接，通讯前置机为测控仪表、当地后台机和广域网服务器之间的数据中转站。通讯前置机具有以太网接口、RS232\RS485接口、GPRS\CDMA\3G接口。概况地说，即通讯前置机通过当地现场总线和各个测控仪表通信；而通讯前置机有以太网接口，可以和当地后台机通信，当地后台机运行监视、控制、数据存储软件，实现监控各个测控仪表的功能；广域网服务器通过广域网和通讯前置机相连，其运行监视、控制、数据存储软件并和通讯前置机通信，通过通讯前置机监控各个测控仪表；而手机终端以广域网服务器为中转，通过广域网(如GPRS网络、CDMA网络或3G网络)与通讯前置机实现数据交换，以达到对各个测控仪表进行监视控制的目的，该手机终端可以以短信或TCP/IP数据流的方式与通讯前置机实现数据交换。这样，就可以实现以手机、广域网服务器和当地后台机等多种监控终端对测控仪表进行监视控制的功能。

如图2所示，为本实用新型中测控仪表的功能结构图(以下各装置型号仅为列举)。该测控仪表主要包括CPU单元和CPLD单元(型号EPM570)，二者通过双向数据线相连接。测控仪表还包括存储单元(E2PROM，型号24CXX)、实时时钟(型号PCF8563)和CAN通讯部分，三者都与CPU单元双向连接。而CAN通讯部分则包含CAN控制器(型号SJA1000)、CAN驱动器(型号82C250)和BNC接口(即同轴细缆接头)。另外，测控仪表还包括键盘、LCD、LED等输入输出装置与CPLD单元双向连接；还包括多路输入、输出数字量通道和多路输入、输出模拟量通道分别与CPLD单元相连接。其中输入输出数字量通道包括DI单元(即数字量输入单元，型号74HC245)、功率DO单元(即功率数字量输出单元，型号MC1413)、DO单元(即数字量输出单元，型号74HC574)和数字量接口，DI单元、功率DO单元、DO单元三个单元分别与CPLD单元及数字量接口双向连接。输入模拟量通道包括AD转换器(型号AD7718)、信号调理电路(型号OPA2134)、SMA接口(SMA接口是一种接口端子，也可以用其它的替代型号)和恒流源(型号LM317)，模拟信号从SMA接口传输到信号调理电路，经信号调理电路通过放大、滤波转换成标准信号后传输给AD转换器，AD转换器将传输的模拟信号转换成数字信号后传输给CPLD单元；输出模拟量通道包括DA转换器(型号DAC8552)、信号调理电路(型号OPA2134)、SMA接口和恒流源(型号LM317)，其中数字信号从CPLD单元传输到DA转换器，DA转换器将传输的数字信号转换成模拟信号后传输给信号调理电路，信号调理电路经放大、滤波转换成再传输给SMA接口，通过SMA接口将模拟信号输出。

另外，测控仪表的CPU单元可以为51单元(包括器件：单片机型号可为89C516，锁存器74HC573，存储器两片62256)或80X86处理器单元(包括器件：80X86和2片71C18163 RAM，29F040 Flash)或ARM7处理器单元(型号LM3S8962)。当使用测控仪表的CPU单元为51单元时，可以烧入用户程序，或烧入MON51监控程序，在KEIL C平台实现在线硬仿真；当使用测控仪表的CPU单元为80X86处理器时，上位机的仿真软件为Boland C++；当使用测控仪表的CPU单元为ARM7处理器时，上位机的仿真软件为IAR。

本实用新型中测控仪表的内部结构与CN2758901Y揭露的测控仪表的区别在于CN2758901Y公开的测控仪表是一个电脑插卡，需要插接到电脑上，而本实用新型的测控仪表是用单片机实现，是一个独立的装置；而与普通的单片机实验装置的区别在于，普通的单片机试验装置缺乏CAN通讯部分，而本实用新型的测控仪表增加了CAN通讯部分。更主要的是：本实用新型中测控仪表是广域测控系统的一部分。

本远程控制教学实训系统的测控对象可以为温控对象或顺序逻辑控制对象。当然这只是列举，本实训系统还可以针对各种应用有其它多种变形的实训项目。

如图3所示，为本实用新型中温控试验的接线图，其测控对象为温控对象。其中，测控仪表部分包括AD转换器(型号AD7718)、SMA接口、恒流源(型号LM317)、功率DO单元(型号MC1413)和数字量接口。温度控制对象部分包括铂电阻(型号Pt100)、固态继电器、加热丝。其工作原理为：测控仪表内的恒流源输出电流(如10mA)，电流通过SMA接口流过铂电阻(型号Pt100)，铂电阻上的电压接入测控仪表的SMA接口，实现AD采集，通过铂电阻(型号Pt100)的分度表可以计算出测量温度。测控仪表的功率DO输出信号到数字量接口，通过一控制线输出高低电平控制固态继电器的开、断，从而控制加热量。测控仪表还有市电过零触发信号接到CPU的外中断脚，从而实现过零触发方式的控温，减少对市电的干扰。利用本实用新型基于广域网的远程控制教学实训系统，温控的信息可以传到手机，手机还可以设定温控点，修改控制算法的参数。

如图4所示，为本实用新型中运动控制试验的接线图，其测控对象为顺序逻辑控制对象。其中测控仪表部分包括DI单元(型号74HC245)、功率DO单元(型号MC1413)和数字量接口；顺序逻辑控制对象部分包括两个限位开关，即限位开关1和限位开关2，还包括4相5线步进电机和运动机构，其中运动机构包括丝杆和滑块。测控仪表内有7路功率数字量从功率DO单元输出，每路驱动电流可达到100mA。用其中4路可以通过数字量接口用四条控制线传输到4相5线步进电机，以控制4相5线步进电机，按照步进电机的控制时序编程，可实现正转、反转和转速控制。步进电机驱动丝杆，让滑块运动，滑块运动到一定位置触动限位开关，即限位开关1，测控仪表通过数字量接口得到这个信号，改变步进电机的转动方向，使滑块向相反方向运动，滑块运动到另一位置，触动另一个限位开关，即限位开关2，测控仪表通过数字量接口得到这个信号，步进电机再改变转动方向，如此周而复始，滑块在2个限位开关往复运动。利用本实用新型基于广域网的远程控制教学实训系统，运动的信息可以传到手机，手机还可以控制滑块的运动方向、速度。

本实用新型通过广域网，使手机实现对对各个测控仪表进行监视控制。但本实用新型并不限定于以上实施例，任何未脱离本实用新型技术方案，即仅仅对其进行本领域普通技术人员所知悉的改进或变更，均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于广域网的远程控制教学实训系统，包括测控仪表、通讯前置机和当地后台机，所述测控仪表通过当地现场总线与通讯前置机相连，所述当地后台机通过局域网和通讯前置机相连，其特征在于该系统还包括广域网服务器和手机终端，其中所述手机终端通过广域网服务器和通讯前置机通信，通讯前置机为测控仪表、当地后台机和广域网服务器之间的数据中转站。

2.根据权利要求1所述的基于广域网的远程控制教学实训系统，其特征在于，所述手机终端以广域网服务器为中转，通过GPRS网络或CDMA网络或3G网络与通讯前置机实现数据交换。

3.根据权利要求2所述的基于广域网的远程控制教学实训系统，其特征在于，所述手机终端以短信或TCP/IP数据流的方式与通讯前置机实现数据交换。

4.根据权利要求1所述的基于广域网的远程控制教学实训系统，其特征在于，所述测控仪表包括CPU单元，所述CPU单元可以为51单元或80X86处理器单元或ARM7处理器单元。

5.根据权利要求4所述的基于广域网的远程控制教学实训系统，其特征在于，当所述测控仪表的CPU单元为51单元时，可以烧入用户程序，或烧入MON51监控程序，在KEIL C平台实现在线硬仿真。

6.根据权利要求4所述的基于广域网的远程控制教学实训系统，其特征在于，当所述测控仪表的CPU单元为80X86处理器单元时，上位机的仿真软件为BolandC++。